تنوع ملکولی و روابط ژنتیکی ارقام پسته ایرانی و خارجی با استفاده از نشانگرهای هدفمند مبتنی بر CAAT-box ژن‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران.

2 استاد، گروه ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

3 کارشناس ارشد علوم باغبانی، پژوهشگر بخش تحقیقات پسته، مرکز پژوهشی فناوری های باغبانی رویش سبز فردا، تهران، ایران

چکیده

هدف: بررسی میزان تنوع ژنتیکی در ارقام ایرانی و خارجی پسته­های موجود در ایران با استفاده از نشانگرهای CBDP (CAAT box- derived polymorphism) و کارائی این نشانگرها در تفکیک و گروه­بندی ارقام و از و اهداف این تحقیق به­شمار می­آید.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق تنوع ژنتیکی 73 رقم (63 رقم ایرانی و 10 رقم خارجی) با استفاده از 25 آغازگر CBPD مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج: بر اساس نتایج آزمایش درصد چند شکلی باندها در ارقام ایرانی 56/77 درصد و در ارقام خارجی 80/67 درصد مشاهده شد. میانگین PIC برای نشانگرهای CBPD، 76/0 بود و تمام آغازگرهای CBDP توانایی بالایی در تفکیک ارقام پسته داشتند. میانگین MI (Marker Index) برای آغازگرهای CBDP برابر65/2 بود و آغازگر CAAT2 بیشترین (52/8( مقدار MI را نشان داد. تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که از کل تنوع، چهار درصد به تنوع بین گروهی و 96 درصد به تنوع ژنتیکی درون گروهی اختصاص دارد. مقدار Gst برابر با 04/0 تنوع پایین بین گروهی و مقدار Nm برابر با 03/11 احتمال وقوع جریان ژنی بین ارقام خارجی و ایرانی پسته را نشان داد. ارقام ایرانی از نظر هر دو شاخص تنوع ژنی Nei و شانون از مقادیر بالاتری نسبت به ارقام خارجی برخوردار بودند. تجزیه کلاستر با استفاده از ماتریس جاکارد و به روش UPGMA نشان داد که متوسط ضریب تشابه بین ارقام 68/0 بود و ارقام پسته مورد مطالعه در سه گروه اصلی از هم متمایز شدند که هر کدام از گروه­های اصلی به چند زیرگروه تفکیک شدند. تجزیه به مختصات اصلی نیز تقسیم بندی حاصل از تجزیه کلاستر را تائید نمود.
نتیجه‌گیری: استفاده از نشانگرهایCBDP برای بررسی تنوع ژنتیکی ارقام پسته مناسب می­باشند و کارایی و قدرت تمایز آغازگرهای CBDP با توجه به بالا بودن میانگین PIC و MI تایید شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Molecular variation and genetic relationships among Iranian and foreign pistachio cultivars using gene-targeted CAAT box-derived markers

نویسندگان [English]

  • Azadeh Imani 1
  • Jafar ahmadi 2
  • Mohsen Heydari 3
1 M.Sc. Student, Department of Genetics and Plant Breeding, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
2 Professor, Department of Genetics & Plant Breeding, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
3 Master of Horticulture Science (MSc/MA), Department of Pistachio, Ruyesh Sabz Farda Horticultural Technologies Research Center , Tehran, Iran.
چکیده [English]

Objective
The objectives of this research were study of genetic diversity in Iranian and foreign pistachio cultivars using CBDP markers and the efficiency of these markers in differentiation and grouping of cultivars.
 
Materials and methods
In this research, genetic diversity of 73 cultivars (63 Iranian and 10 foreign cultivars) was evaluated using 25 CBPD primers.
 
Results
The results showed that, the bands polymorphism for Iranian and foreign cultivars was 77.56% and 67.80%, respectively. The PIC mean for CBPD markers was 0.76 and all CBDP primers had a high ability to separate pistachio cultivars. The MI mean for CBDP primers was 2.65 and CAAT2 primer showed the highest MI (8.52) value. Analysis of molecular variance determined 4% inter-group diversity and 96% intra-group diversity for studied genotypes. Gst value 0.04 verified low inter-group diversity as well. Nm value 11.03 showed the gene flow between foreign and Iranian pistachio cultivars. Iranian cultivars had higher values than foreign cultivars in terms of both Nei and Shannon gene diversity indices as well. Cluster analysis using Jaccard matrix and UPGMA method was performed and the results showed, the average of similarity coefficient between cultivars was 0.68 and the pistachio cultivars were divided in three main groups, in which the main groups were subdivided into several subgroups. The principal coordinate analysis also confirmed the result of the cluster analysis.
 
Conclusions
In conclusion, the use of CBDP markers is suitable for studying the genetic diversity of pistachio cultivars. Also, the efficiency and differentiation power of CBDP primers was confirmed due to the high mean of PIC and MI.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CAAT box
  • CBDP
  • Functional marker
  • Gene diversity
  • Pistachio
تاج­آبادی­پور علی (1376) شناسایی برخی از ارقام پسته ایرانی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران. ص 177.
حاجی زاده حسین آبادی محبوبه، کریمی حمیدرضا، دشتی حسین، شمشیری محمدحسین (1392) بررسی تنوع ژنتیکی تعدادی از ژنوتیپ‌های نر و مادۀ پسته (Pistacia vera L.) با استفاده از نشانگر مولکولی RAPD. به نژادی گیاهان زراعی و باغی 1(1)،  23-32.
حاجی­رضایی معصومه، باقی­زاده امین، جوادی غلامرضا، صادقی­زاده مجید (1388) ارزیابی تنوع ژنتیکی تعدادی از ارقام پسته استان کرمان بر اساس نشانگر مولکولیRAPD . مجله زیست شناسی ایران 22(3)، .460-469.
عسکری ناهید، باقی زاده امین، محمدآبادی محمدرضا (1389) مطالعه تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی راینی با استفاده از نشانگرهای ISSR. مجله ژنتیک نوین 5، 49-56.
فابریکی اورنگ صدیقه، گلمحمدی مجید، کریمی حمید (1397) ارزیابی روابط ژنتیکی ارقام امیدبخش و تجاری زیتون با استفاده از چند شکلی نشانگرهای هدفمند مبتنی بر جعبه CAAT ژن‌ها .(CBDP) مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 10(4)، 93-109.
محمودی مریم ، آیت اللهی مهرجردی احمد ، محمدآبادی محمدرضا (1398) تنوع ژنتیکی ژن کاپاکازئین درجمعیت بزهای کرکی راینی، سانن و وحشی با تکنیکPCR-RFLP . ژنتیک نوین 14(1)، ۷۳-۷۷.
 
References
Alinaghizadeh R, Mohammad Abadi MR, Moradnasab Badrabadi S (2007) Kappa-casein gene study in Iranian Sistani cattle breed (Bos indicus) using PCR-RFLP. Pakistan J Biol Sci 10 (23), 4291-4294.
Anderson JR, Lubberstedt T (2003) Functional markers in plants. Trends Plant Sci 8:554-560.
Askari N, A Baghizadeh, MR Mohammadabadi (2010) Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Modern Genet J 5 (2), 49-56 (In Persian).
Behboodi BS (2005) Ecological distribution study of wild pistachios for selection of rootstock. Options Mediterr 63, 61-67.
Benoist C, Ohare K, Breathnach R, Chambon P (1980) The ovalbumin gene sequence of putative control regions. Nucleic Acids Res 8, 127-142.
Biton I, Shevtsov S, Ostersetzer O et al. (2012) Genetic relationships and hybrid vigour in olive (Olea europaea L.) by microsatellites. Plant Breed 131, 767-774.
Bohn M, Utz HF, Melchinger AE (1999) Genetic similarities among wheat cultivars determined on the basis of RFLPs, AFLPs and SSRs and their use for predicting progeny variance. Crop Sci 39, 228-237.
Caruso T, Iannini C, Monastra F et al. (1998) Genetic and phenotypic in pistachio (Pistacia vera L.) germplasm collected in Mediaterranean countries. Acta Hort 470, 168-178.
Doyle JJ, Doyle JK (1987) A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bulletin 19, 11-15.
Etminan A, Pour-Aboughadareh A, Noori Aet al. (2018) Genetic relationships and diversity among wild Salvia accessions revealed by ISSR and SCoT markers. Biotech Biotechnol Equi 32(3), 610-617.
Fabriki Ourang S, Golmohammadie M, Karimi H (2019) Evaluation of genetic relationships among promising and commercial olive varieties using gene-targeted CAAT box-derived polymorphism (CBDP) markers. J Agri Biotech 10(4), 93-110 (In Persian)
Fares K, Guasmi F, Touil L et al. (2009) Genetic diversity of Pistachio tree using intersimple sequence repeat markers (ISSR) supported by morphological and chemical markers. Biotech 8, 24-34.
Ghasemi M, Baghizadeh A, Abadi MRM (2010) Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aust J Basic Appl Sci 4 (12), 5758-5760.
Gismondi A, Canini A (2013) Microsatellite analysis of latial (Olea europaea L.) cultivars. Plant Biosyst 147, 686-691.
Golan-Goldhirsh A, Barazani O, Wang ZS et al. (2004) Genetic relationships among mediterranean Pistacia species evaluated by RAPD and AFLP markers. Plant Systematics Evol 246, 9-18.
Haji-Rezaei M, Baghizadeh A, Javadi GR, Sadeghizadeh M (2009) Genetic diversity assessment ofa few numbers of pistachio cultivars in Kerman province based on RAPD markers. Iran J Biol 22(3), 460-469. (In Persian)
Hajizadeh Hosseinabadi M, Karimi H, Dashti H, Shamshiri M (2013) Assessment of genetic diversity among some male and female pistachio (Pistacia vera L.) genotypes using RAPD marker. Breed Agro Horti Crop 1(1), 23-32 (In Persian)
Heidari P, Etminan A, Azizinezhad R, Khosroshahli M (2017) Genomic variation studies in durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum) using CBDP, SCoT and ISSR markers. Indian J Genet Plant Breed 77(3), 379-386.
Hormaza JI, Dollo L, Polito VS (1994) Determination of relatedness and geograohpcal movement of Pistaci vera (Pistachio; Ana cardiaceae) germplasm by RAPD analysis. Econ Bot 48, 349-358.
Iranjo P, NabatiAhmadi D, Sorkheh K et al. (2015) Genetic diversity and phylogenetic relationships between and within wild Pistacia species populations and implications for its conservation. Northeast Forestry University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Kafkas S, Perl-Treves R (2002) Inter-specific relationships in the genus Pistacia L. (Anacardiaceae) based on RAPD fingerprints. Horti Sci 37, 168-171.
Kafkas S, Ozkan H, Acar I et al.  (2006) Detecting DNA polymorphism and genetic diversity in a wide pistachio germplasm: comparison of AFLP, ISSR, and RAPD markers. J Am Soci Horti Sci 131(4), 522-529.
Karimi HR, Zamani Z, Ebadi A, Fatahi MR (2009) Morphological diversity of Pistacia species in Iran. Genet Resour Crop Evol 56, 561-571.
Kebour D, Boutekrabt A, Mefti M (2012) Using ISSR markers to study genetic polymorphism of pistachio (Pistacia vera L.) in Algeria. E3 J Biotech and Pharma Res 3(3), 47-53.
Mahmoodi M, Ayatollahi A, Mohammadabadi MR (2018) Studying exon 4 of kappa-casein gene in Kermani sheep using PCR-RFLP. Agric Biotech J 9 (3), 119-128 (In Persian).
Moazeni S, Mohammadabadi MR, Sadeghi M et al. (2016a) Association between UCP Gene Polymorphisms and Growth, Brreeding Value of Growth and Reproductive Traits in Mazandaran Indigenous Chicken. Open J Anim Sci 6, 1-8.
Moazeni SM, Mohammadabadi MR, Sadeghi M et al. (2016b) Association of the melanocortin-3(MC3R) receptor gene with growth and reproductive traits in Mazandaran indigenous chicken. J Livest Sci Technol 4, 51-56.
Mohammadabadi MR (2017) Role of clostridium perfringens in pathogenicity of some domestic animals. J Adv in Agri 7, 1117-1121.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in kermani sheep. J Res Develop 5 (2), e154.
Marra FP, Caruso T, Costa F et al.  (2013) Genetic relationships, structure and parentage simulation among the olive tree (Olea europaea L. subsp. europaea) cultivated in southern Italy revealed by SSR markers. Tree Genet Genome 9, 961-973.
Nei M (1978) Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics 89, 583- 90.
Norozi SH, Baghizadeh M, Jalali Javaran M. (2009) The genetic diversity of Iranian pistachio (Pistacia vera L.) cultivars revealed by ISSR markers. Biol Diver Conserv 2, 50-56.
Pazouki L, Mardi M, Salehi Shanjani P et al. (2010) Genetic diversity and relationship among Pistacia species and cultivars. Conserv Genet 11, 311-318.
Peakall R, Smouse PE GenAlEx 6 (2006) Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Mol Ecol Notes 6, 288-295.
Prevost A, Wilkinson MJ (1999) A new system of comparing PCR primers applied to ISSR fingerprinting of potato cultivars. Theor Appl Genet 98, 107-112.
Pour-Aboughadareh A, Ahmadi J, Mehrabi AA et al. (2017) Assessment of genetic diversity among Iranian Triticum germplasm using agro-morphological traits and start codon targeted (SCoT) markers. Cereal Res Commun 45, 574-586.
Pour-Aboughadareh A, Ahmadi J, Mehrabi AA et al. (2018) Insight into the genetic variability analysis and relationships among some Aegilops and Triticum species, as genome progenitors of bread wheat, using SCoT markers. Plant Biosyst 152(4), 694-703.
Powell W, Morgante M, Andre C et al. (1996) The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Mol Breed 2, 225-238.
Rajesh MK, Sabana AA, Rachana KE (2015) Genetic relationship and diversity among coconut (Cocos nucifera L.) accessions revealed through SCoT Analysis. 3 Bitech 5, 999-1006.
Rolf FJ (2000) NTSYS-pc: numerical taxonomy and multivariate analysis system. Applied Biostatistics Inc. NY: Exeter Publishing, Ltd. 1989.
Shahmuradov IA, Gammerman AJ, Hancock JM et al. (2003) Plant Prom: a database of plant promoter sequences. Nucleic Acids Res 31, 114-117.
Singh AK, Rana MK, Singh S et al. (2014) CAAT box-derived polymorphism (CBDP): a novel promoter-targeted molecular marker for plants. J Plant Biochem Biotechnol 23(2), 175-183.
Tagizad A, Ahmadi J, Haddad R, Zarrabi MA (2010) Comparative analysis of ISSR and RAPD markers for studying genetic diversity in Iranian pistachio cultivars. Iranian J Gene Plant Breed 1, 6-16.
Tajabadipour A (1997) Identification of some of Iranian pistachio cultivars. M.Sc. Thesis P: 177. Tehran University, IRAN. (In Persian)
Tams SH, Melchinger AE, Bauer E (2005) Genetic similarity among European winter triticale elite germplasms assessed with AFLP and comparisons with SSR and pedigree data. Plant Breed 124(2), 154-160.
Williams JGK, Kubelik AR, Levak KJ et al. (1990) DNA polymorphism amplification by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucleic Acids Res 18, 6531-6535.
Yan W, Li J, Zheng D et al. (2019) Analysis of genetic population structure and diversity in Mallotus oblongifolius using ISSR and SRAP markers. Peer J 7, e7173.
Yousefiazar-Khanian M, Asghari A, Ahmadi J et al. (2016) Genetic diversity of Salvia species assessed by ISSR and RAPD markers. Not Bot Horti Agrobot 44(2), 431-436.